浙江龙网

  1. 首页 > 生活百科 > >

库仑定律所有公式 库伦定理( 二 )

库仑定律定理库伦


库仑定律的建立
法国工程师、物理学家库仑对电学的研究做出了巨大贡献，被誉为“电磁学中的牛顿” 。他出生在法国南部安古莱姆的一个富裕家庭 。1806年8月23日，库仑在巴黎逝世，享年70岁 。库仑为人正直，品德高尚 。T.Young (1773-1829)称赞库仑的道德品质和他的数学研究一样优秀 。纪念库仑的邮票中也有丰富的物理学史料(图2) 。人们可以看到库仑的肖像，他的出生和死亡日期，以及他使用的扭转秤 。
图2邮票上的库仑
1773年，法国科学院公开要求通过悬赏改进航海罗盘中的磁针 。四年后，库仑以《磁针最佳制造方法研究》一文获得一等奖 。认为轴上的库仑磁针支撑不可避免会带来摩擦，建议用细毛或丝线悬挂磁针 。在实验中，库仑发现丝线的扭转力与磁针旋转的角度成正比，这样静电力和磁力就可以用这个装置来测量，这就导致他发明了扭转秤 。库仑捻线的发明，曾经受到纺车的启发 。在乡下，他注意到纱线的断头，总是反方向卷曲 。线拧得越紧，回的圈数就越多 。他认为力可以根据纱线卷曲的程度来测量，然后用它来测量电荷之间的力 。
1785年，库仑利用扭转平衡实验测量了两个电荷之间的力和它们之间的距离之间的关系 。他总结道:“带有相同电荷类型的两个球之间的排斥力与球中心之间距离的平方成反比 。”1785年，库仑在《电力定律》一文中详细介绍了实验装置、实验过程和实验结果 。
库仑扭转天平(图3)由挂在细长线上的光杆和连接在光杆两端的两个平衡球组成 。当球上没有力时，光棒处于一定的平衡状态 。如果两个球中的一个带电，而另一个电荷相同的球同时放在它的附近，电力就会作用在球上，使可移动的球立即被排斥，杆就会绕悬挂点旋转，直到悬挂线的扭矩和电力平衡 。由于悬丝很细，作用在球上的一个很小的力就能使杆明显偏离原来的位置，旋转的角度与力的大小成正比 。两个带电体之间不同的距离很容易调整和测量 。
图3轮库扭转秤组件
在库仑时代，既没有电荷单位，也没有物体所带电荷的量度 。根据实验的需要，库仑利用对称性原理改变了金属球的电量 。他首先给金属球B充电，假设它的电荷是Q；使其与不带电的金属球A接触(球A和球B完全相同)，即球A和球B的电量为1/2Q；如果一个不带电荷的相同球与B球接触并分离，B球每次重复接触时，其电量将减半，Q，1/2Q，1/4Q，1/8Q，...库仑使活动球和固定球携带相同量的相同电荷，并调节两个球之间的距离:
第一个实验:千分尺的指针指向O，两个球被一根针充电后，两个球之间的距离为36度 。此时，悬丝的扭转角度为36度 。
第二个实验:根据千分尺指针O，将吊线扭转126度后，两个球相互靠近，距离只有18度 。此时悬丝的扭转角度为126度加18度，也就是144度 。
第三个实验:将吊线扭转567度，两个球之间的距离为8.5度 。此时悬丝的扭转角度为567度加8.5度，为575.5度 。
通过分析上述实验数据，可以得出排斥力与距离的平方成反比的结论 。然而，扭转平衡实验在不同电荷的实验中遇到了麻烦 。因为钢丝扭转的恢复力矩只与角度的第一平方成正比，重力与距离的第二平方成反比，也就是说重力的变化比扭转快，不能保证扭转尺度的稳定性 。如果两个带电球相距很远，误差很大；如果靠得很近，两个球会经常碰撞，因为扭秤非常灵活，在一定程度上会左右摇摆 。由于两个球的吸引力，当球相互接触时，经常会发生电荷中和现象，这使得实验无法进行 。
反复思考后，库仑从动力学实验中学到了解决办法 。物体在地面上的重力与物体到地心距离的平方成反比，即:
当悬挂在地面上的物体绕悬挂点小幅度摆动时，振幅周期与离地心的距离成正比 。根据T ∝ r，库仑假设如果不同电荷之间的引力也与它们之间距离的平方成反比，那么只要设计一个电摆(图4)，就可以进行实验 。
库仑球带正电，圆金纸盘带负电 。实验结束后，得到以下结果:
第一个实验:圆形金纸盘距离球中心9英寸，20秒内摆动15次 。
第二个实验:圆形金纸盘距离球中心18英寸，在41秒内摆动15次 。
图4库仑电摆
第三个实验:圆形金纸盘距离球中心24英寸，60秒内摆动15次 。
距离比为3: 6: 8，振动周期比为20: 41: 60 。如果满足平方反比定律，振动周期的比值应为20 ∶ 40 ∶ 54 。第三次实验的结果与理论值相差近10% 。库仑正确地解释了这种现象是由漏电引起的 。这种泄漏取决于带电体的绝缘效率、带电体的大小、带电体上的电荷密度和空空气湿度 。因为每分钟的功耗大概是四十分之一，整个实验大概需要四分钟才能完成 。在四分钟的实验中，考虑到电的损耗，重力变小，所以测得的摆动时间比理论值长 。

推荐阅读


上一篇：晒被子要晒多久

下一篇：混凝土强度等级划分 水泥砂浆强度等级